淺析單相異步電機(jī)啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的原理與控制

河南省漯河水利技工學(xué)校 李昱亮

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淺析單相異步電機(jī)啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的原理與控制

河南省漯河水利技工學(xué)校 李昱亮

【摘要】單相異步電動(dòng)機(jī)在小功率家電中非常常見，而電容啟動(dòng)是常見的單相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式。本文從實(shí)際出發(fā)，利用基礎(chǔ)物理知識(shí)用淺顯易懂的語言給大家介紹單相異步電機(jī)的啟動(dòng)及正反轉(zhuǎn)控制的工作原理，并從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)在電子控制的潮流設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的新式繼電器控制正反轉(zhuǎn)電路。

【關(guān)鍵詞】單相電動(dòng)機(jī)；電容啟動(dòng)；正反轉(zhuǎn)控制

單相異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于電動(dòng)工具、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置單相繞組，轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子繞組中通入單相交流電后，形成脈動(dòng)磁場(chǎng)，若不采取措施，將無法獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。怎么啟動(dòng)？如果在單相異步電動(dòng)機(jī)定子上安放具有空間相位相差90°的兩套繞組，然后通入相位相差90°的正弦交流電，那么就能產(chǎn)生一個(gè)像三相異步電動(dòng)機(jī)那樣的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)自行啟動(dòng)。

如圖1所示A A’為工作繞組 BB’為啟動(dòng)繞組，A點(diǎn)和B點(diǎn)分開接電源相線，A’點(diǎn)與B’點(diǎn)一起接電源零線。在繞組上AA’垂直于BB’是位置上的垂直。

圖1

當(dāng)接通電源時(shí)，A A’工作繞組先通電，根據(jù)右手定則（如圖2所示），判斷磁場(chǎng)方向。

圖2

在火線的電源正半周0~90°時(shí)，A A’繞組產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。這時(shí)啟動(dòng)繞組上還沒有電源。當(dāng)A A’繞組的電源波形相位為90°時(shí)，BB’繞組上接通電源，開始產(chǎn)生磁場(chǎng)。正好與A A’繞組在相位上垂直。就在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生第二個(gè)90°夾角的磁場(chǎng)。兩個(gè)磁場(chǎng)的方向垂直，兩個(gè)磁場(chǎng)大小隨著電壓的相位變化而變化，在這兩個(gè)垂直磁場(chǎng)的作用下。磁鐵轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示。

圖3

根據(jù)經(jīng)過電容充放電后電流滯后90°相位的原理。在BB’繞組上串聯(lián)接上一個(gè)電容。就使用A A’繞組與BB’繞組在接通電源時(shí)相位有90°的延遲。將開關(guān)S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流 iB較iA超前近90°；當(dāng)將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA較iB超前近90°。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。（如圖4所示）

圖4

驅(qū)動(dòng)電路如何控制呢？我設(shè)計(jì)了兩組雙路繼電器來控制正反轉(zhuǎn)，我做了一組圖表來方便大家理解這個(gè)電路：

正轉(zhuǎn)　反轉(zhuǎn)　停機(jī)1　停機(jī)2 S1（2—1）　S1（2—3）　S1（2—3）　S1（2—1）S2（2—3）　S2（2—1）　S2（2—3）　S2（2—1）

現(xiàn)在，就來為大家分析一下這個(gè)新式繼電器控制電路的與過去的控制電路相比優(yōu)越之處：

1、正轉(zhuǎn)狀態(tài)：電路控制繼電器S1吸合至2— 1處、繼電器S2吸合至2—3處，此時(shí)電路的狀態(tài)為220VAC由S2的3腳流入2腳，然后由S2的2腳流入S1 的2腳，接著由S1的2腳流入S1的1腳的正轉(zhuǎn)接口。此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。

2、反轉(zhuǎn)狀態(tài)：電路控制繼電器S1吸合至2—3處、繼電器S2吸吸合至2—1處，此時(shí)電路的狀態(tài)為220VAC由S1的3腳流入2腳，然后由S1的2腳流入S2 的2腳，接著由S2的2腳流入S2的1腳的反轉(zhuǎn)接口。此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

3、停止?fàn)顟B(tài)1：此時(shí)S1、S2繼電器同時(shí)吸合至2—3處，此時(shí)電路220VAC由S2的3腳流入2腳，然后由S2的2腳流入S2的3腳、而S1、S2的3腳都是連接在220VAC上，沒有流入電機(jī)，所以此時(shí)電機(jī)為停止?fàn)顟B(tài)1。

4、停止?fàn)顟B(tài)2：此時(shí)S1、S2繼電器同時(shí)吸合至2—1處，此時(shí)電路220VAC不論從繼電器S1的3腳還是繼電器S2的3腳都無法流入到電機(jī)中，所以此時(shí)電機(jī)為停止?fàn)顟B(tài)2。

這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就在于預(yù)防由于人為的錯(cuò)誤操作或者繼電器的動(dòng)作延遲使用兩個(gè)繼電器同時(shí)處于連接狀態(tài)而發(fā)生短路錯(cuò)誤，

至此，完整的異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，控制電路就設(shè)計(jì)完成，但是此電路只使用于小功率電機(jī)的工作，較大功率的電機(jī)在工作時(shí)要進(jìn)行感抗容抗等的計(jì)算。

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